新黑洞理论之4
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张洞生新黑洞理论之3==黑洞M b的每个霍金輻射m ss所携带的信息量I o≡ h/2π≡ m ss C2/νss== ==本文摘录改编自拙作《黑洞宇宙学概论[4]》==张洞生zds@約翰•奧杜則:「現代天體物理學的進展,就像最奇妙的文學幻想小說一樣令人銷魂奪魄。
」爱因斯坦:「要打破人的偏見,比崩破一個原子還難。
」<內容摘要>: 本文是「新黑洞理论」的第三篇文章。
在第一篇文章中,作者提出了组成「新黑洞理论」普遍有效的5个经典的基本公式,其中(1d)式,m ss M b= hC/8πG,找出了霍金辐射m ss与黑洞总质能量M b之间准确的量化公式,并从(1e)式,得出任何黑洞,无论大小,其最终的命运,都只能是收缩成为最小黑洞M bm = m p普朗克粒子,而爆炸消失在普朗克领域。
第二篇文章是「新黑洞理论之2」,本篇用‘经典理论’论证了,黑洞M b向外发射霍金辐射m ss就是它们作为热辐射,按照热力学第二定律,从黑洞的高温高能区域向境外低温低能区域自由地流动。
本文是「新黑洞理论」的第三篇,以公式确定了信息量I o、熵S bm、普朗克常数h/2π与黑洞霍金辐射m ss之间的关系。
本文首次將黑洞霍金輻射m ss(能量子)携带的信息量I o与熵S b统一在「新黑洞理论」中了,证实了黑洞的‘熵’与其‘信息量’成正比,二者有同质同体性,而且证明了黑洞的每一个m ss,无论大小,其所携带的信息量I o,都等于单位信息量I o≡h/2π,等于m ss一个频率内的能量m ss C2,即I o≡ m ss C2/νss。
这就给予普朗克常数h/2π一个新的定义和概念,它就是一个最基本单位信息量I o。
同时,也赋予了黑洞新的概念。
什么是黑洞?本篇证明:「黑洞就是在其外界没有能量-质量可被吞食时,是一个不稳定的不停地收缩的引力收缩体,它在收缩时,就将黑洞内的质-能量M b 统统通过视界半径R b转变为一个接一个的霍金辐射m ss(能量子,热辐射)流向外界,直到黑洞最后收缩成为最小黑洞M bm= m p而爆炸消失在普朗克领域。
人类首次“看到”了黑洞作者:来源:《作文周刊·高考版》2019年第19期现场直击2019年4月10日,在美国华盛顿,“事件视界望远镜”项目(EHT)和美国国家科学基金会举行新闻发布会,神秘天体黑洞首张照片发布,照片“主角”是室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞,其质量是太阳的65亿倍,距离地球大约5500万光年。
照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构,看上去有点像甜甜圈,其黑色部分是黑洞投下的“阴影”,明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。
除华盛顿外,中国上海和台北、智利圣地亚哥、比利时布鲁塞尔和日本东京等地也同时召开发布会。
美国《天体物理学杂志通讯》以特刊形式通过6篇论文发表了这一重大成果。
事件回顾自上世纪中期开始,人们就一直在探寻黑洞的秘密。
200多年前,英国的米歇尔和法国的拉普拉斯就曾提出:一个质量足够大但体积足够小的恒星会产生强大的引力,以致连光线都不能从其表面逃走,因此这颗星是完全“黑”的。
1915年,爱因斯坦在广义相对论中最先预言了黑洞的存在。
在他的推论中,黑洞是一种质量巨大、引力极强的天体,可以吸收周围一切外来物质和辐射,连人类已知传播速度最快的光都无法逃脱。
理论上,黑洞无法被观察,但黑洞的阴影——“事件视界”却可以。
科学家们将光或任何东西都不可能从该区域逃逸而到达远处的区域称作黑洞,将其边界称作事件视界。
2006年,“事件视界望远镜”项目启动。
2017年4月,来自全球30多个研究所的200多位科学家利用分布于美国、墨西哥、智利、法国、格陵兰岛和南极的8个射电望远镜(单镜及阵列),正式开启观测人马座A*和M87黑洞。
观测黑洞实际上应该仅用了5天左右,但由于观测到的黑洞数据量巨大,世界各地的望远镜的数据无法通过网络来传输数据,只能靠人带着一千多个硬盘飞来飞去,对数据进行汇总之后再作分析,这耗费了大量时间。
公开资料显示,在2017年4月份的观测中,每个台站的数据率达到惊人的32Gbit/s,8个台站在5天观测期间共记录约3500TB数据(相当于350万部电影)。
词语解释【沧海一粟】大海里的一粒谷子。
比喻非常渺小,微不足道。
【猜测】猜度;揣测;凭某些线索推断猜度。
【提供】供给(意见、资料、物资、条件等)。
【分析】把一件事物、一种现象、一个概念分成较简单的组成部分,找出这些部分的本质属性和彼此之间的关系(跟“综合”相对)。
【揭开】使某样东西暴露出来。
【面纱】指妇女蒙在脸上的纱巾。
比喻掩盖真实面目的东西。
【观测】指对自然现象进行观察或测定。
【斑点】在一种颜色的物体表面上显露出来的别种颜色的点子。
【枯萎】指因干枯而萎缩。
【干燥】没有水分或水分很少。
【抵御】抵挡;抵抗。
【考察】是指实地观察调查或审察考核。
【培养】指以适宜的条件促使其发生、成长和繁殖,也指按照一定的目的长期地教育和训练,使其成长。
【研究】主动寻求根本性原因与更高可靠性依据,从而为提高事业或功利的可靠性和稳健性而做的工作。
【遥远】距离长远,时间久远。
【探索】指研究未知事物的精神,或指对事物进行搜查的行为,或指多方寻求答案的过程。
教材说明这篇课文介绍了科学家探索地球之外是否有生命存在的艰难历程,说明到目前为止,地球之外是否有生命存在,仍然是一个未解的谜。
课文从古代神话讲起,引出了“地球之外的太空中是否有生命存在”这个问题;接着概括地说明,从理论上猜测,地球绝不是有生命存在的唯一天体,但是至今尚未找到另外一颗有生命的星球;然后具体地介绍了科学家探索的历程(先研究了生命存在必须具备的条件;再根据这些条件对太阳系除地球之外的其他行星进行了分析,得出了太阳系中唯一有可能存在生命的星球是火星;然后利用宇宙飞船对火星作近距离的观测,又让宇宙飞船在火星登陆,进行了一系列的分析测试);最后说明,人们至今尚未在地球之外的太空中找到生命,但科学家仍然相信那里存在着生命,因此,地球之外是否有生命存在,仍然是一个谜。
选编这篇课文的主要意图,是通过阅读理解,学习科学家追求真知、不断探索的精神,激发学生爱科学、学科学、探索宇宙奥秘的兴趣,领悟作者采用分析、比较、排除的方法说明问题的表达方法。
霍⾦⼀⽣中的10⼤预⾔,4项已经证实,6项仍有待研究毫⽆疑问,在物理学史上,霍⾦是最伟⼤的科学家之⼀。
虽然只有⼏根⼿指能动,但是他却提出了许多⾼深的理论,为天体物理学做出了杰出的贡献。
时⾄今⽇,霍⾦的许多理论,仍然让我们难以验证。
今天,咱们就盘点霍⾦⽣前的10⼤预⾔,看看哪些得到了证实。
⾯积定理这是最近的⼀个被证实的定理,研究成果在差不多1个⽉前刚刚公布。
所谓的⾯积定理,类似于我们⽐较熟悉的熵增定理,霍⾦告诉我们:⿊洞的表⾯积只会增加,不会减少。
⿇省理⼯学院的天体物理学家Maximiliano Isi对2015年著名的双⿊洞并合事件GW150914数据进⾏分析后,发现原来2个⿊洞的表⾯积之和是23.5万平⽅公⾥,并合形成的⿊洞表⾯积为36.7万平⽅公⾥。
就这样,通过实际的观测数据,科学家们证实了霍⾦的⾯积定理。
⼤爆炸宇宙论关于宇宙的诞⽣,⼈们⼀直有不同的见解。
在⼀百多年前,科学家们就开始争论⼀个话题:宇宙的膨胀是否有⼀个起点?如果有,那么就应该是从⼀次“⼤爆炸”中诞⽣;如果没有,那就是所谓的宇宙恒稳态理论,也就是宇宙在时间上是⽆限的。
不过,霍⾦通过计算发现,宇宙恒稳态理论在数学上是⽆法⾃洽的,因此只有⼤爆炸宇宙论才是可靠的。
如今科学家们基本都已经接受了这个理论,并且根据⽬前的研究,我们这个宇宙的起点,⼤约就在138亿年前。
⿊洞真实存在1915年,爱因斯坦提出了⼴义相对论,随即在第⼆年,史⽡西就通过⼴义相对论预⾔了⿊洞这种天体的存在。
然⽽,从那时候开始(甚⾄直到今天),始终有⼈质疑⿊洞这种天体的存在。
对于这种神秘的天体,霍⾦是深信不疑的。
他巧妙地结合了⼴义相对论和量⼦⼒学等理论,证明了⿊洞是真实存在的,并且推导出了关于⿊洞的许多理论。
果然,在2019年,事件视界望远镜拍摄到了M87星系中⼼的超⼤质量⿊洞,从实际观测⾓度证明了他是正确的。
霍⾦辐射霍⾦提出的关于⿊洞的重要理论,除了上⾯的⾯积定理,还有霍⾦辐射。
史上曾被认为不可能的十大科学难题对于科学家来说,好像没有什么事情是不可能做到的。
纵观科学发展史,我们便会发现,一个又一个看似“不可能的任务”最终都成为可能,例如利用核能、上演太空飞行、创建力场以及远距离传物。
北京时间4月8日消息,著名物理学家加来道雄的新书《不可能的物理学(The Physics of the Impossible)》4月2日在英国出版。
结合此书,英国《新科学家》杂志专门列举了曾经一度被打上“不可能”标签的十大科学任务。
几个世纪前,很多人还认为这些事情是不可能办到的,但近些年来,一些“明知不可为而为之”的人却开始迈进“可能”大门。
1. 分析恒星组成在1842年著作《实证哲学》中,法国哲学家奥古斯特·孔德曾这样描述恒星:“我们永远不可能了解它们的内部结构,对于其中一些恒星,我们也不可能了解它们的大气层如何吸收热量。
”在提到行星时,这位哲学家也持相同论调,他这样写道:“我们永远不会知道它们的化学或者矿物学结构,更不要说了解生活在它们表面的有组织的生物了。
”实际上,孔德之所以得出这种结论是有依据的——恒星和行星与地球之间距离太远,已超出我们的视觉和几何学极限。
他指出,虽然能够计算它们的距离、运动和质量,但除此之外,我们不会了解任何东西;我们没有任何一种方式能够对恒星和行星进行化学分析。
具有讽刺意味的是,事实最终证明这位大哲学家的话大错特错。
19世纪初,威廉·海德·沃勒斯顿和约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫均发现太阳光谱中含有大量黑线。
截止到1859年,黑线的秘密已被进一步揭开,此时的名字已变成“原子吸收线”。
通过分析这种类型的线,我们便可确定存在于太阳之上的每一种化学元素,进而让发现恒星组成成分成为一种可能。
2. 确定陨石存在加拿大魁北克省北部的Pingualuit陨石坑在整个文艺复兴时期和现代科学发展初期,天文学家一直拒绝承认陨石存在。
认为这些石头来自太空的想法也一度被打上“迷信”和“异教学说”标签,反对者指出,上帝怎么会创造一个如此混乱的宇宙呢?当时,法国科学院曾做出这样的著名论断——“天上不可能掉石头”。
宇宙未解之谜1、火卫一上的神秘巨石是外星人建造的?几年前,美国的一个行星际空间站发现了火卫一,然而在上面有一块奇怪的巨石,让科学家们感到困惑。
这是一块估计高达90米的大岩石,位于火卫一沙漠平原的中心,很容易可以通过卫星看到。
火卫一上的巨石是一个形状相对规则的巨石,很可能是从附近的山上分离出来的。
根据另一个版本,这是一块陨石撞击后形成的岩石,阴谋论者和狂热者认为这是外星人建造的。
无论如何,火卫一这个奇怪物体的起源仍然未知。
2、月亮是从哪里来的?在我们的头上就有一个巨大的未解之谜,那就是月球,这是离地球最近的天体。
虽然我们对这颗地球的天然卫星了解了很多,许多探测器都到达并降落在上面,在20世纪,宇航员甚至飞到了月球。
也许月球是研究最多的太空物体,但科学家至今无法解释它的起源,至今也不知道它是如何出现的。
尽管进行了大量研究,但这个问题的答案尚未找到,一切仍停留在理论和假设的层面上。
至于理论,其中最流行的是,月球的出现是大约45亿年前地球与一颗大型原行星碰撞的结果。
碰撞将地球的一部分抛入地球轨道,地球最终在重力的影响下聚集在一起,成为一个后来被称为月球的球。
这一理论似乎有道理,但并非所有科学家都同意。
例如,有人声称月球是由地球在早期阶段与月球分离而形成的,也有人认为月球是被地球的引力场吸引的,换句话说,月球实际上是一颗被地球引力卡住的小行星,但月球的真正来源仍然扑朔迷离。
3、地球之外有生命吗?这应该是与太空有关的最重要谜团之一。
我们都知道许多关于外星人的故事,这些故事在电影、书籍中都有描述。
然而,这些故事仍然只是捏造和假设,因为科学家们还没有找到地球外智慧生命的迹象。
尽管近几十年来科技取得了重大进步,但研究人员仍在寻找其他行星上的生命。
事实上,正如你所知,人类是有智慧的生物,但科学家怀疑在其他行星上有智慧生命的概率要高得多。
因为科学家们已经发现了许多奇怪的宇宙现象,从原始生物到强大的射电爆发和来自深空的奇怪信号。
1在美学上,什么样的形象是美感最高的?()(1.0分)1.0 分•A、完全对称••B、彻底破缺••C、总体对称,细节破缺••D、总体破缺,细节对称•正确答案: C 我的答案:C2日食只可能发生在农历的()日期。
(1.0分)1.0 分•A、初一••B、初七••C、十五••D、廿二•正确答案: A 我的答案:A3“三起源”不包括()的起源问题。
(1.0分)1.0 分•A、宇宙••B、天体••C、生命••D、人类•正确答案: D 我的答案:D4二十四节气当中的十二个中气是从哪个节气开始选取的?()(1.0分)0.0 分•A、春分••B、夏至••C、秋分••D、冬至•正确答案: D 我的答案:A5下列哪个星座体系是依照月亮周期来划分的?()(1.0分)1.0 分•A、黄道十二星座••B、88星座••C、二十八宿••D、三垣•正确答案: C 我的答案:C6人类虽然等不到太阳的衰老阶段,但可以观测其他与太阳相似的老年恒星,从而推出太阳的一生历程。
这种研究方法与()方法颇为相似。
(1.0分)1.0 分•A、两个铁球同时着地••B、细胞有丝分裂观察••C、碱金属与水反应••D、二分法搜索对象•正确答案: B 我的答案:B7哪些特征使得黑洞理论对常规理论而言显得不可思议?()(1.0分)1.0 分•A、黑洞中心的奇点没有质量••B、奇点有体积••C、奇点密度为无穷小••D、在物质世界中并没有别的任何物体具有黑洞这样的物理性质•正确答案: D 我的答案:D8罗马教廷与伽利略的故事及结局表明()。
(1.0分)1.0 分•A、地心说完全谬误••B、日心说完全正确••C、教廷最终完全接受了科学••D、对不同的学术观点不应压迫•正确答案: D 我的答案:D9疏散星团一般分布于银河系的银盘中,那么,以下哪个黄道星座的疏散星团的数量是最少的?()(1.0分)1.0 分•A、天蝎座••B、金牛座••C、巨蟹座••D、狮子座•正确答案: D 我的答案:D10下列哪项不是索恩对虫洞和时间机器的基本观点?()(1.0分)1.0 分•A、虫洞和超空间的存在会使时间机器成为可能••B、可能存在负能量射束支撑着虫洞,使其寿命延续••C、物理学对量子引力理论的认识还不够深入••D、时间的不可逆性决定了时间机器不可能•正确答案: D 我的答案:D11奥尔特云的特点不包括()。
第八章黑洞的量子力本世纪的最初三十年出现了三种理论,它们激烈地改变人们对物理和实在本身的观点。
物理学家们仍然在探讨它们的含义以及尝试把它们调适在一起。
这三种理论是狭义相对论(1905年)、广义相对论(1915年)以及量子力学理论(大约1926年)。
阿尔伯特-爱因斯坦是第一种理论的主要创建者,是第二种理论的单独创建者,并且在第三种理论的发展中起过重要的作用。
因为量子力学具有随机的和不可确定性的因素,所以爱因斯坦从未接受它。
他的态度可用他经常被引用的“上帝不玩弄骰子”的陈述来总结。
然而,由于不管是狭义相对论还是过子力学都能够描述可被直接观察的效应,所以绝大多数物理学家欣然同意,接受它们。
而另一方面,由于广义相对论似乎在数学上过于复杂,不能在实验室中得到检验,而且是似乎不能和量子力学相协调的纯粹经典的理论,所以它在大部分场合没有受到理会。
这样,在几乎半个世纪的岁月里,广义相对论一直处于沉闷的状态。
从本世纪六十年代初开始的天文观测的伟大扩展,发现了许多新现象,诸如类星体、脉冲星和紧致的X射线源。
这一切表明非常强大的引力场的存在,这种引力场只能由广义相对论来描述,所以对广义相对论的经典理论的兴趣又被重新唤起。
类星体是和恒星相似的物体,如果它们处于由它们的光谱的红化所标志的那么遥远的地方,则必须比整个星系还要亮好几倍。
脉冲星是超新星爆发后快速闪耀的残余物,它被认为是超密度的中子星。
紧致的X射线源是由外空飞行器上的仪器所揭示的,也可能还是中子星或者是具有更高密度的假想的物体,也就是黑洞。
物理学家在把广义相对论应用到这些新发现的或者假想的物体时,所要面临的一个问题是,要使它和量子力学相协调。
在过去的几年中有了一些发展,使人们产生了一些希望,也就是不必等太久的时间我们将获得一种完全协调的量子引力论,这种理论对于宏观物体和广义相对论相一致,而且可望避免那种长期折磨其他量子场论的数学上的无穷大。
这些发展就是最近发现的和黑洞相关的某些量子效应,它们为在黑洞和热力学定律之间提供了令人注目的联结。
1. 人类对宇宙的探索已经持续了数千年,然而,宇宙中仍然存在着许多未解之谜。
这些未解之谜引发了科学家和研究者的极大兴趣,并推动着人类不断深入地探索宇宙的奥秘。
2. 第一个未解之谜是黑洞。
黑洞是一种密度极高的天体,其引力极强,甚至连光都无法逃脱。
尽管我们对黑洞有一些基本的理解,但我们对其内部结构和形成过程仍知之甚少。
黑洞是如何形成的?它们的内部是什么样子的?这些问题仍然没有明确的答案。
3. 第二个未解之谜是暗物质和暗能量。
根据现有的观测数据,宇宙中大约有27%的暗物质和68%的暗能量,而我们所熟知的普通物质只占剩下的5%。
然而,我们对暗物质和暗能量的本质仍然知之甚少。
科学家们一直在努力寻找暗物质的粒子,以及揭示暗能量的真正性质。
4. 第三个未解之谜是宇宙的起源。
宇宙大爆炸理论表明,宇宙起源于一个初始的奇点,但我们对这个奇点的本质和起源仍然一无所知。
科学家们一直在寻找能够解释宇宙起源的理论,但至今仍然没有达成共识。
5. 第四个未解之谜是宇宙的结构。
宇宙中的星系、星云和星团呈现出复杂而有序的结构,但我们对这种结构的形成和演化过程仍然知之甚少。
如何解释宇宙结构的形成和演化一直是天体物理学领域的重要问题。
6. 第五个未解之谜是外星生命的存在。
尽管我们还没有找到确凿的证据表明外星生命的存在,但宇宙的浩瀚和多样性仍让我们相信,地球上可能不是唯一孕育生命的地方。
科学家们通过各种方法,如搜寻无线电信号和探测外星行星的大气组成,来寻找外星生命的蛛丝马迹。
7. 第六个未解之谜是时间的本质。
时间是宇宙中不可或缺的一部分,但我们对时间的本质和起源仍然知之甚少。
科学家们一直在探讨时间的本质与空间的关系,并试图解释时间的流逝以及时间的箭头。
8. 第七个未解之谜是量子力学和相对论的统一。
量子力学和相对论是两个在物理学领域中极其成功的理论,但它们在某些方面却相互矛盾。
科学家们一直在寻找一种能够统一这两个理论的更高层次的理论,从而揭示宇宙的更深层次的规律。
物理学十大未解之谜是一个相对主观的问题,因为科学研究的进展是不断变化的,新的理论和方法可能会揭示更多未知的领域。
以下是一些在物理学领域仍存在争议和未解之谜的例子:1. 暗物质和暗能量:尽管宇宙中大部分物质和能量都是我们看不见的,但我们知道它们确实存在。
暗物质和暗能量的性质和起源仍然是一个未解之谜。
2. 量子引力:在理论上,量子引力是描述引力在量子层面上如何运作的理论。
然而,到目前为止,我们还没有找到一个令人信服的理论来解释量子引力。
3. 黑洞的信息悖论:黑洞的信息悖论是一个关于量子力学和广义相对论之间相互作用的问题。
根据量子力学,信息是守恒的,但广义相对论表明黑洞可以吞噬信息。
这两个理论之间的冲突仍然是一个未解之谜。
4. 夸克禁闭:夸克是质子和中子的基本组成单元,但在理论上,它们应该可以在自由状态下存在。
然而,在现实中,我们从未观察到自由的夸克。
这是为什么夸克在自然界中始终以组合形式出现的原因,但具体机制仍然是一个未解之谜。
5. 粒子物理的标准模型:标准模型是描述基本粒子和相互作用的最佳理论。
然而,它有许多局限性,例如不能解释引力,不能解释暗物质的存在等。
寻找超越标准模型的新理论仍然是物理学的一个重要目标。
6. 量子计算机:量子计算机是一种利用量子力学原理进行信息处理的机器。
尽管我们已经取得了一些进展,但要实现可扩展的量子计算机仍然是一个巨大的挑战。
7. 弦理论:弦理论是一种尝试将引力与量子力学统一的理论。
然而,弦理论非常复杂,且至今尚未找到实验证据来验证其预测。
8. 量子纠缠:量子纠缠是量子力学中的一个现象,描述了两个或多个粒子之间的强烈关联。
这种关联的起源和性质仍然是一个未解之谜。
9. 相对论的重力:广义相对论是描述引力如何影响时空的理论。
然而,这个理论在量子层面上并不自洽。
寻找一个将引力与量子力学统一的理论仍然是物理学的一个重要目标。
10. 宇宙的起源和演化:宇宙的起源和演化是物理学和天文学中的核心问题。
张洞生新黑洞理论之4==用作者的「新黑洞理论」和公式建立新的「黑洞宇宙学」====本文摘录改编自拙作《黑洞宇宙学概论[4]》==张洞生zds@罗曼罗兰:「我们只崇敬真理--自由的,无限的,不分国界的真理,毫无种族歧视或偏见的真理。
」哥白尼:「人的天职在勇于探索真理。
」<前言>; 本篇摘录改编自拙作《黑洞宇宙学概论[4]》一书的第二篇,但是改用另外一种不同于原书、而较简明的论证方法,可谓殊途同归,相互印证。
‗我们宇宙从哪里来,往哪里去。
‘,这是人类永远要想知道的神秘命题。
本篇是要用作者建立的「新黑洞理论」的5个基本公式来建立新的「黑洞宇宙学」的理论基础。
为此,必须首先证明我们‘宇宙视界’以内的宇宙就是一个真实的‘巨无霸史瓦西宇宙黑洞-- Cosmo-BH或者CBH)’。
其次,既然我们宇宙是史瓦西黑洞,就必须证明它的膨胀收缩的规律和命运就应该完全与任何黑洞的规律相同,只不过我们‘宇宙黑洞’的总质量-能量M ub比我们宇宙中的其它黑洞的总质量-能量M b大得多多而已,即其区别仅仅是M ub>>M b。
这样,我们就可以按照「新黑洞理论」中的许多公式,准确地计算出我们宇宙在‗诞生、膨胀降温、演变发展‘的全过程中,各个时间节点的物理常数的数值,和形成不同的物质形态和能量。
因此,我们宇宙的真实历史,即其<时间简史>,就由其任一时间的黑洞的物理参数的准确的数值所构成。
这是‘广义相对论方程’建立100年来学者们‘绞尽脑汁’、想做而从未做到的事情。
<关键词>:我们宇宙;我们宇宙是真实的…史瓦西宇宙黑洞‟;我们宇宙诞生于最小黑洞M bm≡m p普朗克粒子,而不是广义相对论方程解的…奇点‟;我们宇宙的演变规律和命运完全符合任何黑洞的演变规律和命运;以「新黑洞理论」的公式为基础建立起来的「黑洞宇宙学」;哈勃定律是反映‘我们宇宙黑洞’,是由无数最小黑洞M bm= m p不停地合并、而形成的在以光速C的膨胀规律;<1>:作者的「新黑洞理论」是以5个基本的经典公式为基础建立起来的。
第一;本节来源于《黑洞宇宙学概论[4]》第一篇第1章,作者提出和推导出下面5个在黑洞视界半径R b上的公式,描述黑洞的4个基本参数M b,R b,T b,m ss 在R b上的变化,完全取决于4个物理常数 h,C,G,κ的不同组合,可精确地用于决定每个黑洞R b的变化和其最后的命运。
M b—黑洞的总质能量;R b—黑洞m ss—黑洞在界半径R b上的b b ss‘霍金量子辐射’的相当质量;λss和νss 分別表示m ss在R b上的波長和頻率,κ--波爾茲曼常數= 1.38⨯10-16 g*cm2/s2*k,C—光速= 3⨯1010cm/s,h--普朗克常數= 6.63⨯10—27g*cm2/s,G –-萬有引力常數= 6.67⨯ 10—8 cm3/s2*g。
下面5个公式完全适用于球对称无旋转无电荷的、任何大小的史瓦西黑洞。
(1a)是霍金的黑洞温度公式,这是霍金对黑洞理论最伟大的贡献。
M b T b = (C 3/4G) ⨯ (h/2πκ) ≈ 1027gk[1](1a)下面是按質-能轉換為輻射能E r的閥溫的能量等價公式,E ss = m ss C2 = κT b = νss h/2π =Ch/2πλss(1b)(1c)式是史瓦西(Karl Schwarzschild)对爱因斯坦‘广义相对论方程’得出的第一个特殊解,它规定了黑洞存在的‘充要条件’。
GM b/R b = C2/2;M b=0.675⨯1028 R b [2](1c)将(1b)的m ss C2 = κT b代入(1a),可得到作者在R b上一个普适的新公式,m ss M b = hC/8πG = 1.187⨯10--10g2 (1d)由‘部分不可能大于全体的公理’,即可得到另一个普适的新公式,m ss = M bm= (hC/8πG)1/2 = m p=1.09⨯10—5g(1e)作者用上面的5个公式共同组成了本书「新黑洞和宇宙学理论」的理论基础和基本公式,它们决定了任何黑洞的形成条件、变化规律,所有黑洞的最终命运都是因为在其外界无能量-物质可吞食时,就会不停地发射霍金辐射m ss,而收缩成为最小黑洞M bm= m p消亡在普朗克领域。
相对应地,按照上面的公式,得出最小黑洞M bm= m p普朗克粒子的其它参数R bm,T bm,t sbm,ρbm的公式和数值如下,∴R bm≡L p [3]≡(Gh/2πC3 )1/2≡1.61⨯10—33cm (1g)∴T bm≡T p [3]≡0.71⨯1032k (1h)∴最小黑洞M bm的康普顿时间Compton time t c = 史瓦西时间t s bm , 于是,∴t c= t sbm=R bm/C=1.61⨯10--33/3⨯1010=0.537⨯10—43s, (1j)∴ρbm = 0.6⨯1093g/cm3(1k)下面ρb是任一黑洞的平均密度。
运用球体公式M b=4πρR b3/3于(1c)式,可得出另外一个与(1c)式等价的、普适的史瓦西黑洞的公式如下:ρb R b2 = 3C2/(8πG) = Constant = 1.6⨯1027g/cm (1m)第二;根据(1c)可知,当一个黑洞M b形成之后,无论它因吞食外界能量-物质而膨胀,还是因发射霍金辐射m ss而收缩,在它最后收缩成为最小黑洞M bm= 普朗克粒子m p之前,它将永远是一个不同质-能量M b的黑洞。
将(1c)式变为,2GM b = C2 R b (1c)将(1c)式微分,2GdM b= C2 dR b (1n)(1c) ± (1n),2G(M b± dM b)= C2(R b± dR b)(1p)从(1p)式可知,无论黑洞M b是吞噬外界能量-物质而而膨胀,还是因为发射霍金辐射m ss而收缩,只有因不停地发射霍金辐射而最后收缩成为最小黑洞M bm = (hC/8πG)1/2 =10-5 g = m p之前,它将永远是一个黑洞。
因此,当黑洞在其视界半径(Event Horizon)上因发射霍金辐射(Hawking Radiations) m ss而收缩或者因吞噬外界能量-物质而膨胀时,其视界半径R b上各种物理量(参数)的变化,与其内部结构与物质密度的分布和状态无关,而只与黑洞总质-能量M b的量有关。
从而证明:黑洞的视界半径R b最后只能因不停地发射霍金辐射而收缩成为最小黑洞M bm= (hC/8πG)=10g = m p,即成为普朗克粒子时,才会在普朗克领域爆炸解体消亡。
因此,黑洞就不可能如霍金等人所说,在其视界内部的中心出现“奇点”看看下面如何以「新黑洞理论」为基础建立新的「黑洞宇宙学」<2>:首先根据天文观测的最新资料,初步證明我們現在宇宙是一個能量-質量為M u = 1056g的真实的巨無霸‘史瓦西宇宙大黑洞‟(Cosmic-BH,CBH)。
2009.5.7,美國宇航局NASA發布最新的Hubble常數測定值,根據對遙遠星系Ia超新星的最新測量結果,该常數被確定為(74.2± 3.6)km/(s*Mpc)。
还有天文学家通过使用美国宇航局斯皮策红外空间望远镜,最新测定迄今最精确的哈勃常数,并对哈勃常数进行精确计算后,得出最新的数值为74.3±2.1(km/s)/Mpc。
另外有近代测定的Hubble 常數的數值是,H r = (0.73±0.05)×100 kms--1 Mpc—1,3者数值相差甚小。
取误差较小的最后面的数值,由此算出宇宙球体的實際密度ρur = 3H o2/(8πG)≈10--29g/cm3. 並得出宇宙球体史瓦西時間t ur2 = 3/(8πGρr),∴ t ur= A u (宇宙年龄)= 0.423×1018s/ 3.156×107s = (134 ± 6.7) 億年。
故宇宙的视界半径R ur =1.27×1028cm,算出宇宙的总質-能量為M ur =0.675×1028R ur= 8.6×1055g。
如果仅依赖于威尔金森微波各向异性探测器WMAP所得的数据,最佳符合的宇宙年龄值A u=(1.369 ± 0.013) × 1010年。
而根据2013年普朗克卫星所得到的最佳观测结果,宇宙大爆炸距今137.98 ±0.37亿年。
所以宇宙真實可靠的年齡A u的觀測數值可定为,A u = 137億年。
由此可計算出,其視界半径R u = C×A u =1.3×1028cm,其平均密度ρu=3/(8πGA u2)= 0.958×10—29 g/cm3。
∴宇宙的总質-能量M u=4πR u3ρu/3 = 8.8×1055g。
上面兩种不同的精確观测資料得出t ub=A u完全一致,其它数据也相差很小。
从上面几种近代精确地的观测数据,可得出我們宇宙的平均密度ρb和视界半径R b的几乎相等的2组精确数值。
從上节的公式(1m)可知,凡是符合公式(1m)的球體就是史瓦西黑洞,将上面2组数值代入(1m)即可证实确实如此。
ρur R ur2=10--29×(1.3×1028)2=1.7×1027g/cm(2a)ρu R u2 = 0.958×10—29×(1.3×1028)2 = 1.62×1027g/cm (2b) 结论:上面(2a) (2b)的2组实测数值与上节(1m)的数值几乎完全相等,如是可证明我们宇宙视界R u之内的球体是一个真实的‘史瓦西宇宙黑洞(Cosmic-BH,CBH)‟。
更由于所取的哈勃常数H r与A u的黑洞的计算数值相吻合至少说明:1;我们宇宙还在以光速C膨胀,所以现在H r为上述数值;2;我们宇宙的视界半径R u内的球体,却是‘史瓦西黑洞’,所以ρur R ur2=ρu R u2。
为了下面的计算方便,可统一规定为:我们‘宇宙黑洞’的各种物理常数值为:总质量-能量M ub= M ur =M u=8.8×1055g;R ub=R ur=R u=1.27×1028cm;ρub=ρur= ρu =0.958×10—29 g/cm3;相应地,根据前面已有的黑洞公式的计算,可得出其它的物理常数值,在R ub上霍金辐射的相当质量m ssu=10—66g;在R ub上霍金辐射的温度T ub=10—39k;霍金辐射m ssu的波长λssu=2.5×1028cm;m ssu的频率νssu =10—18Hz;<3>:哈勃定律(Hubble Law)证明我们宇宙(黑洞)M ub的视界半径R ub,从诞生起到现在,一直都在不停地以光速C在膨胀。